基于正渗透的水处理组合工艺应用研究进展

2正渗透作为深度处理工艺的预处理工艺

正渗透工艺可以作为深度处理工艺的预处理工艺。该过程利用正渗透-反渗透（FO-RO）组合工艺回收葡萄糖溶液中的水分，将葡萄糖溶液作为汲取液从污染水源中汲取洁净的水，并将稀释的葡萄糖溶液进入RO工艺分离。相对于单独的RO工艺，FO-RO工艺膜污染情况较轻。

从产品水的水质角度分析，相比独立的RO工艺，组合工艺中FO过程截留了大部分污染物，因此组合工艺能获得更高脱盐率及水回收率，可以有效地作为RO工艺的预处理。此外，单独的RO工艺的截留能力是有限的，对痕量有机物（TrOC）如硼的截留效果一般。

有文章研究了FO-RO组合工艺对TrOC的截留性能，由于2种膜工艺提供的双重屏障，组合工艺对TrOC截留率可以超过99%。有研究对比了FO工艺和RO工艺对双酚A、三氯生和双氯芬酸的截留能力，结果表明FO工艺均具有更高的截留率，因此，FO-RO组合工艺对TrOC的去除能力大幅高于单独的RO工艺。

有研究表明，FO工艺比RO工艺对硼的截留能力更强，这主要是由于FO工艺中的反向盐通量可能降低硼的通量。将FO-RO组合工艺与两级RO工艺的除硼能力进行对比，研究表明FO-RO工艺性能更好。FO工艺作为RO工艺的预处理工艺，能够有效避免高污染倾向的RO膜与成分复杂的原水直接接触，这既保证了RO出水的水质，又减轻了RO过程中的膜污染和结垢。

多级闪蒸（MSF）和多效蒸馏（MED）是常用的脱盐技术，其原水通常具有高盐度，高温和高杂质等特征，工艺运行时存在比较严重的结垢现象，结垢物的沉积和积累降低了热交换器传热效率，进而降低了运行温度和整个系统的水回收率。

在该应用场景下，FO工艺是理想的预处理技术，用于去除原水中的溶解性有机物和无机物。ALTAEE等人对FO-MSF组合工艺和FO-MED组合工艺用于海水淡化的研究表明，FO预处理工艺显著降低了原水中多价离子的浓度，从而减少了热交换器上的结垢效应，使热工艺能够达到更高的温度和更高的水回收率。

3正渗透组合工艺对传统膜技术的替代潜能

正渗透组合工艺可以作为传统膜技术的替代技术。其中，正渗透膜生物反应器（OsMBR）是一种新型的正渗透技术应用工艺，在水处理中有很大的应用前景。OsMBR将FO工艺与活性污泥工艺相结合，该工艺用FO膜代替了MBR中的超滤膜或微滤膜。

OsMBR与传统MBR相比，具有以下优势：1）由于OsMBR在低压或没有外压条件下工作，能大幅度降低工艺能耗和膜污染程度；2）正渗透膜截留能力强，因此出水水质更加可靠；3）如果在OsMBR工艺后组合反渗透过程，则汲取液在反渗透单元循环，不产生浓缩水。

有研究测试了FO-NF组合工艺替代常规RO工艺的脱盐性能。作为海水淡化工艺，NF工艺相对RO工艺操作压力更低，膜污染相对轻微；但是NF工艺的对一价盐截留能力差，出水难以达到总溶解性固体（TDS）控制指标。而FO与NF工艺组合时，FO工艺的较高截盐能力可以弥补这一缺陷，作为RO工艺的替代技术。

采用硫酸钠汲取液，FO-NF工艺可以达到约10LMH的水通量，且硫酸钠截留率高达97.9%。ZHAO等将FO-NF组合工艺应用于海水淡化，结果表明这种组合工艺与传统的反渗透工艺相比具有许多优点，如更好的出水水质（约97.7%的盐分截留，TDS降至10mg/L以下）；膜污染较轻微，膜运行周期延长；膜污染易清洗，不借助化学清洗的情况下，物理清洗便可以恢复较高的通量。

正渗透微生物脱盐电池（OMDC）是基于微生物脱盐电池（MDC）改良的新技术。MDC工艺利用能够降解有机物产生电势的外源性微生物，显著减少脱盐所需的能耗。产生的电势可以驱动离子通过离子交换膜，达到脱盐的目的。

在OMDC工艺中，采用具有一定氯离子通量的FO膜替代阴离子交换膜，如图1所示，由于正渗透作用，水从阳极室进入淡化室，然后利用微生物产生的电势用于对水进行脱盐。典型的MDC由阳极室、阳离子交换膜、淡化室、阴离子交换膜和阴极室组成。该系统可以同时实现三个目标：脱盐，水质改善和能源生产。

4结语与展望

正渗透组合工艺是正渗透技术的主要应用形式，其是否适合于水处理工程实际应用主要取决于整体工作效率，整体能耗，整体造价和膜污染与清洗等方面。各类组合方式都有其特定的应用场景，也有其应用的限制。

目前，最常见的组合工艺是正渗透工艺配搭汲取液再生工艺，但该组合工艺需考虑整体投资及总能耗；随着功能型汲取液的发展，正渗透技术有望与功能化汲取液利用技术联用。正渗透技术也可以作为深度处理的预处理工艺，这类组合工艺中正渗透在控制进水水质，减轻后续处理的膜污染等方面发挥了巨大作用。

正渗透技术具有对传统膜技术的替代潜力，可以降低传统膜技术的能耗、减轻膜污染。正渗透组合工艺在海水淡化、中水回用、污废水处理、物料分离和饮用水生产等领域均得到了应用，且随着正渗透膜材料、汲取液、正渗透运行工艺和膜污染控制等相关方向研究的深入，正渗透组合工艺将拥有更广阔的应用领域（参考文献略）。

延伸阅读：

正渗透技术在污水处理中的应用

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